專利名稱：用于等離子體蝕刻的高溫陰極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式概括地說涉及半導(dǎo)體襯底處理系統(tǒng)。更準(zhǔn)確地說，本發(fā) 明涉及一種適用于等離子體蝕刻的高溫陰極。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片處理中，特征尺寸和線寬逐漸減小的趨勢誘發(fā)對半導(dǎo)體工件
或晶片上的掩模、蝕刻和沉積材料的性能具有更高的精度。在獲得小于1.0微 米的臨界尺寸中等離子體蝕刻是特別重要的。
一般地，通過在低壓環(huán)境中向提供在由基座支撐的襯底上方的工作氣體施 加RF功率來完成等離子體蝕刻。最后得到的電場產(chǎn)生一個(gè)將工作氣體激發(fā) 成等離子體的反應(yīng)區(qū)域。離子向等離子體的邊界遷移，并且一旦離開界面層就 加速。加速離子產(chǎn)生需要除去或蝕刻靶材料所需的能量，該靶材料通常是配置 在襯底上的一層材料。
在一些等離子體蝕刻應(yīng)用中，希望在處理期間將襯底保持在超過100攝氏 溫度并直至大約400攝氏溫度的溫度下。為了在這種高溫下成功地處理襯底， 必須克服在襯底支撐設(shè)計(jì)方面的重大挑戰(zhàn)。例如，在陶瓷和金屬部件之間熱膨 脹方面的大差異導(dǎo)致陶瓷部件的損傷。此外，襯底支撐的高溫區(qū)必須與通常用 于防止在襯底支撐的內(nèi)部區(qū)域之間滲漏的聚合物密封件隔離，其一般維持在基 本的外界壓力(ambient pressure)水準(zhǔn)上，并且真空環(huán)境圍繞襯底支撐。此外， 在跨越襯底直徑提供襯底溫度分布的優(yōu)良的控制的同時(shí)，必須克服這種挑戰(zhàn)。 不能控制襯底溫度均勻?qū)υ趩我灰r底內(nèi)和在襯底的之間的處理均勻性、器件產(chǎn) 量和處理襯底的綜合質(zhì)量具有不利影響。
因此，需要適用于在高溫等離子體蝕刻中使用的改進(jìn)的襯底支撐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通常是適用于在高溫等離子體蝕刻應(yīng)用中使用的陰極。在一個(gè)實(shí)施方式中，陰極包含固定于基座的陶瓷靜電卡盤。該基座具有形成在其中的冷卻 導(dǎo)管。在卡盤和基座之間配置剛性支撐環(huán)，從而使卡盤和基座保持間隔分離的 關(guān)系。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，陰極包含配置在基座和卡盤之間的氣體分 布環(huán)。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，陰極還包括穿過基座形成的氣體通道和穿 過卡盤形成的氣體進(jìn)口 。通道和進(jìn)口不對準(zhǔn)但是通過氣體分布環(huán)流動地連接以 限定氣體輸送通路。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，陶瓷擋板盤配置在氣體輸送通路中。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，陰極還包括配置在限定在卡盤和基座之間 的間隙中的環(huán)形分流板，其中環(huán)形分流板接觸基座但不接觸卡盤。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，鎖緊圈用于將卡盤固定至基座。鎖緊圈包 含至少兩個(gè)串聯(lián)配置在鎖緊圈接觸卡盤的部分和鎖緊環(huán)接觸基座的部分之間 的熱量扼流。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，陰極還包含樞軸和套管。樞軸連接至卡盤 并貫穿基座。套管穿過樞軸配置以便限定在樞軸和基座之間的第一間隙大于限 定在樞軸和套管之間的第二間隙。密封件配置在樞軸的下端和基座之間以密封 第一間隙。
在至少一個(gè)其他的實(shí)施方式中，基座還包含將樞軸連接至卡盤并貫穿基座 的溝道。溝道穿過基座為第一間隙提供排放口。
在另一個(gè)實(shí)施方式中， 一種等離子體處理陰極包括基座、陶瓷靜電卡盤 和使靜電卡盤的底部和基座保持間隔分離關(guān)系的剛性支撐環(huán)。靜電卡盤具有多 個(gè)從靜電卡盤的底表面延伸至靜電卡盤的頂表面的氣體進(jìn)口。流體分布環(huán)配置 在基座和靜電卡盤之間。流體分布環(huán)與基座間隔開以在其間限定環(huán)形溝道。流 體分布環(huán)包含多個(gè)配置為引導(dǎo)氣體從溝道穿過流體分布環(huán)至靜電卡盤的氣體 通道。多個(gè)陶瓷擋板配置在氣體通道中。
在又一個(gè)的實(shí)施方式中， 一種等離子體處理陰極包括具有形成在其中的 冷卻導(dǎo)管的基座、固定至基座頂表面的陶瓷靜電卡盤、和配置在靜電卡盤和基 座的頂表面之間的剛性支撐環(huán)。支撐環(huán)保持靜電卡盤的底表面間隔地遠(yuǎn)離基座 的頂表面。在限定在靜電卡盤的底表面和基座的頂表面之間的間隙中向支撐環(huán)內(nèi)放射狀地配置的平的環(huán)形分流板。密封件提供為在分流板向外的位置將靜電 卡盤密封至基座，密封件允許靜電卡盤相對于板放射式運(yùn)動。


為了能詳細(xì)理解本發(fā)明的上述特征，將參照部分在附圖中示出的實(shí)施方式 對以上的概述進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。然而，應(yīng)該注意到，附圖僅示出了本發(fā)明 的典型實(shí)施方式，并因此其不能被理解為是對本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明 允許存在其它等效的實(shí)施方式。
圖1是適用于在等離子體蝕刻腔室中使用的襯底支撐部件的一個(gè)實(shí)施方 式的剖面透視圖2是描述氣體分布環(huán)的一個(gè)實(shí)施方式的圖1的襯底支撐部件的部分截面
圖3A是配置在冷卻基座上的氣體分布環(huán)的一部分的局部平面圖，該氣體 分布環(huán)具有覆蓋穿過該環(huán)形成的氣體入口 (gas inlet)的擋板盤；
圖3B是去除的擋板盤以示出氣體入口的圖3A的氣體分布環(huán)的局部平面
圖4是穿過氣體分布環(huán)的圖1的襯底支撐部件的另一個(gè)局部截面圖； 圖5是擋板盤的一個(gè)實(shí)施方式的透視圖6是穿過內(nèi)部氣體進(jìn)口的圖1的襯底支撐部件的局部截面圖； 圖7是在冷卻基座和靜電卡盤之間利用E -密封件的襯底支撐部件的局部 截面圖；以及
圖8是適用于在等離子體蝕刻腔室中使用的襯底支撐部件的另一個(gè)實(shí)施 例的剖面透視圖。
為了便于理解，在有些地方可能使用相同的參考數(shù)字指示與圖共有的相同 的元件。然而，應(yīng)當(dāng)注意附圖僅僅象征性地說明本發(fā)明的實(shí)施例，因此不視為 對本發(fā)明范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明允許其他同樣效果的實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式
圖1是適用于等離子體蝕刻的高溫陰極100的一個(gè)實(shí)施例的剖面立體圖。 陰極100有益地用于等離子體蝕刻反應(yīng)器，例如AdvantEdgeTM蝕刻反應(yīng)器，該蝕刻反應(yīng)器可以從Santa, Clara, California的Applied Materials Inc.獲得，在
其他的蝕刻反應(yīng)器中，包含可以從其他的廠商獲得的適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)器。
圖1是陰極100的實(shí)施方式。陰極100通常包含固定于冷卻基座102的靜 電卡盤104。樞軸106從靜電卡盤104的底部延伸。樞軸106通過蒸或其他適 當(dāng)?shù)姆椒ㄅc靜電卡盤104結(jié)合。樞軸106通常由例如不銹鋼的導(dǎo)電材料制造。 靜電卡盤104以間隔分離的關(guān)系支撐在冷卻基座102上方。在圖1描述的 實(shí)施方式中，支撐環(huán)IIO提供在冷卻基座102和靜電卡盤104之間，以便在靜 電卡盤104的下面和冷卻基座102的頂表面之間保持間隙118。間隙118限制 在靜電卡盤104和冷卻基座102之間熱傳輸。在一個(gè)實(shí)施方式中，靜電卡盤 104和冷卻基座102之間的間隙118的橫穿距離在大約0.025至大約0.045英 寸。
為了進(jìn)一步使靜電卡盤104和冷卻基座102之間的熱傳輸最小化，支撐環(huán) 110由其他材料中相對于基座具有低的熱傳導(dǎo)系數(shù)的材料形成，例如鈦。在其 他的實(shí)施方式中，支撐環(huán)110由硬的陽極化鋁、高溫塑料或其他的適當(dāng)?shù)牟牧?制造。在其他的實(shí)施方式中，支撐環(huán)110由剛性材料制造以便在將卡盤104 夾緊至基座102的同時(shí)保持間隙118的橫穿尺寸。在圖1描述的實(shí)施方式中， 支撐環(huán)110由硬質(zhì)塑料制造，例如，諸如VESPEL⑧的聚酰亞胺。
在一個(gè)實(shí)施方式中，支撐環(huán)IIO接觸靜電卡盤104的底表面的小于百分之 十五，例如百分之十。在圖1描述的實(shí)施方式中，接觸靜電卡盤104的支撐環(huán) IIO的頂端或輪周變窄以提供熱扼流(heatchoke)。作為選擇，通過依靠降低 環(huán)IIO和冷卻基座102 ("反向輪周(reverse crown)")之間的接觸面積抑制支撐 環(huán)110的底部的熱傳輸來限制熱流穿過環(huán)110。
冷卻基座102由具有優(yōu)良的熱傳輸?shù)牟牧侠缦癫讳P鋼或鋁一樣的金屬 制造。冷卻基座102包含一個(gè)或多個(gè)形成在其中的流體導(dǎo)管152。導(dǎo)管152與 流體源結(jié)合以便有選擇地加熱或冷卻冷卻基座102的溫度。具有形成在其中的 導(dǎo)管以調(diào)節(jié)其溫度的冷卻基座的實(shí)例描述在2004年10月7日提交的美國專利 申請序列號No. 10/960,874中。
冷卻基座102還包含從冷卻基座102的底表面延伸的圓柱150。圓柱150 的內(nèi)徑154配置為在冷卻基座102和樞軸106之間保持間隙112。圓柱150的 下端包含容納固定o形圈116的密封套的向內(nèi)延伸的凸緣156。 o形圈116在冷卻基座102和樞軸106之間提供壓力阻擋。
使用遮板108以管理樞軸106的溫度以便從靜電卡盤104傳遞的熱量不損 傷o形圈116。遮板108使從樞軸106傳輸?shù)臒崃吭黾恿舜蠹s兩倍。遮板108 包含凸緣162和套管160。套管160裝配在樞軸106內(nèi)側(cè)，以便從樞軸106 傳輸?shù)臒崃恐饕飨蛱坠?60。套管160可以與樞軸106具有緊密配合，或 在他們之間限定有間隙，該間隙小于樞軸106和冷卻基座102的內(nèi)徑154之間 限定的間隙112。遮板108提供足夠的熱沉(heat sink)以允許靜電卡盤104 在超過300攝氏度下運(yùn)行而不損傷密封件116。
從樞軸106散出的熱量通過幅射和傳導(dǎo)來傳輸。為了防止由于陶瓷卡盤材 料中的高熱應(yīng)力而損害靜電卡盤104，必須限制散熱。可能，由于密封泄漏, 在樞軸106和冷卻基座102之間的間隙112充滿為了冷卻襯底而提供的氦氣。 間隙112中的氦氣的壓力在處理周期期間變化很大，這導(dǎo)致樞軸106的額外的 重復(fù)熱應(yīng)力和故障。為了疏散泄漏至間隙112的氦氣并防止從樞軸106至冷卻 基座102不可預(yù)知的熱傳輸，間隙112通過小的溝道192連接到腔室，從而將 存在于間隙112中的任何氦清除至其中安置有陰極的腔室。溝道192包括燒結(jié) 陶瓷插頭194以防止在溝道192中形成電弧。盡管溝道192示為穿過圓柱150， 但溝道192可以形成在其他的位置，例如，穿過導(dǎo)管152上方的基座102的主 要部分。
靜電卡盤104—般地由鋁的氮化物或其他的適當(dāng)材料制造。靜電卡盤104 包含電阻加熱器122和至少一個(gè)卡盤電極120。在一個(gè)實(shí)施方式中，加熱器122 配置在靜電卡盤104的中部，同時(shí)卡盤電極120配置在加熱器122和頂表面 130之間?？ūP電極120還裝備有RF功率以在蝕刻期間在處理腔室內(nèi)維持等 離子體。通常通過貫穿樞軸106和遮板108的中空內(nèi)部的饋電器124， 126提供 至卡盤電極120和加熱器122的功率，以便于卡盤電極120和加熱器122與未 示出的電源相結(jié)合。
副電極128配置在卡盤電極120的下面。副電極128的外緣延伸超過卡 盤電極120的外緣。由于靜電卡盤104的頂表面130小于固定在卡盤頂上的襯 底以防止在處理期間在襯底的邊緣卡盤被等離子體損傷，所以在襯底邊緣的電 場扭曲并提供所謂的"傾斜"蝕刻輪廓。副電極128連接到作為卡盤電極120的 主RF端子并在蝕刻處理期間裝備有通常相同的電勢。還使用副電極128以防止和/或除去沉積在支撐在向外的壁架190上并在靜電卡盤104的頂表面130
下面的處理套件(process kit)(例如，處理環(huán))上的材料。
靜電卡盤104的頂表面130通常包含多個(gè)被溝槽網(wǎng)絡(luò)134分離的臺面132。 該臺面包含表面特征144，例如凸起、凸出、浮雕、紋理等等，其用于配合表 面130的熱傳輸和卡盤特性。通過穿過靜電卡盤104形成的內(nèi)部氣體進(jìn)口 140 將氦或其他適合熱傳輸?shù)臍怏w提供至溝槽網(wǎng)絡(luò)134。
靜電卡盤104的頂表面130還包含通過環(huán)形脊138與溝槽網(wǎng)絡(luò)134分離的 外部周邊溝道136。通過外部氣體進(jìn)口 140將氦氣或其他適合的熱傳輸氣體 提供至外部周邊溝道136以便獨(dú)立地控制被輸送至溝槽網(wǎng)絡(luò)134和外部周邊溝 道136的氣體。選擇性地，提供一個(gè)或多個(gè)氣體進(jìn)口 140,142以在溝槽網(wǎng)絡(luò) 134和外部周邊溝道136中提供想要得氣體分布。在圖1描述的實(shí)施方式中， 穿過靜電卡盤104形成一個(gè)內(nèi)部氣體進(jìn)口 142和十二個(gè)等距的外部氣體進(jìn)口 140。盡管僅僅顯示一個(gè)，但穿過冷卻基座102和靜電卡盤104形成多個(gè)升降 銷孔146 (lift pin hole)。
選擇性地，相鄰?fù)獠恐苓厹系?36配置第二環(huán)形外部溝道(未示出)。第二 環(huán)形外部溝道用于收集污染物并降低余卡盤下表面的污染，從而提高卡盤性 能。
圖2描述陰極100的鎖緊圈114的一個(gè)實(shí)施方式的局部剖視圖。鎖緊圈 114由剛性材料制造，例如陽極化鋁、鈦、或其他適合的材料。選擇鎖緊圈114 的材料以具有低導(dǎo)熱率，從在則使靜電卡盤104和基座102之間的熱傳輸最小 化。鎖緊圈114通常包含具有從那里向內(nèi)延伸的凸緣204的環(huán)形體202。凸緣 204的遠(yuǎn)端包含向下延伸的唇緣206 (lip)。凸緣204和唇緣206的尺寸為當(dāng) 夾緊時(shí)唇緣206接觸在靜電卡盤104的壁架190下面放射狀向外延伸的安裝凸 緣212。
在一個(gè)實(shí)施方式中，鎖緊圈114配置為使靜電卡盤104和鎖緊圈114之間 的熱傳輸最小化，從而防止或減小在卡盤104中形成橫向溫度梯度。在一個(gè)實(shí) 施方式中，唇緣206圍繞凸緣204的圓周分節(jié)以使鎖緊圈114和靜電卡盤104 之間的接觸最小化。在另一個(gè)實(shí)施方式中，凸緣204包含減小了橫截面的區(qū) 域以便在唇緣206和主體202之間產(chǎn)生熱量扼流，從而限制它們之間的熱傳輸。 在另一個(gè)實(shí)施方式中，在唇緣206和安裝凸緣212之間提供熱絕緣環(huán)210。絕緣環(huán)210由具有小于靜電卡盤104和環(huán)114的至少一個(gè)或兩者的熱傳導(dǎo)系數(shù)的 材料制造。
主體202包含配置以接收緊固件222的螺紋孔216。緊固件222貫穿穿過 冷卻基座102形成的排屑孔218 (clearance hole)。排屑孔218具有在扣緊時(shí)足 夠容納鎖緊圈114和冷卻基座102之間熱膨脹的差異的直徑。使用一個(gè)或多個(gè) 墊圈220以防止緊固件222的壓頭延伸或結(jié)合在排屑孔218中。穿過冷卻基座 202提供埋頭孔226 (counter bore)以便于緊固件222進(jìn)入。緊固件222和墊 圈220由適合的材料制造，并且在一個(gè)實(shí)施方式中，由鎳合金制造，例如 HASTELLOY⑧。在一個(gè)實(shí)施方式中，在緊固件222的壓頭和冷卻基座102 之間配置彈簧(未示出)以使靜電卡盤104與鎖緊圈U4偏置。
主體202另外包括從其底表面延伸的脊208。脊208使主體202與冷卻基 座102的頂表面214保持間隔分離關(guān)系。脊208在主體202和冷卻基座102 之間提供熱量扼流，以便使從靜電卡盤104的周邊穿過鎖緊圈114至冷卻基座 102的熱傳輸最小化。選擇性地，將脊208分節(jié)成離散的部分以進(jìn)一步限制主 體202和冷卻基座102之間的熱傳輸。
此外圖2描述的是氣體分布環(huán)230。配置氣體分布環(huán)230以將氣體提供 至外部氣體進(jìn)口 140。氣體分布環(huán)230配置在形成在冷卻基座102的頂表面214 中的臺階凹槽232中。多個(gè)緊固件234排列為接合形成在冷卻基座102中的螺 紋孔236，以固定氣體分布環(huán)230。在氣體分布環(huán)230和基座102之間和基座 102的臺階凹槽232之間提供多個(gè)內(nèi)部和外部環(huán)密封件238。
氣體分布環(huán)230的底部254與臺階凹槽232的底部256保持間隔分離的關(guān) 系，從而限定穿過基座102供給氣體的環(huán)形通道250。穿過氣體分布環(huán)230形 成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)孔252以允許溝道中的氣體穿過氣體分布環(huán)230。
氣體分布環(huán)230此外包含臺階埋頭孔240。配置臺階埋頭孔240的上層部 分以接收擋板盤244。通過在氣體分布環(huán)230和靜電卡盤104的底表面之間提 供密封的擋板密封件242限定每一擋板盤244。擋板密封件242另外密封地限 定外部氣體進(jìn)口 140。在一個(gè)實(shí)施方式中，密封件238,242由高溫彈性體制造， 例如全氟代彈性體(perfluorelastomer)， KALREZ⑧是其中一個(gè)實(shí)例。在一個(gè)實(shí) 施例中，導(dǎo)孔252侵入臺階埋頭孔240以允許氣體從環(huán)形通道250穿過氣體分 布環(huán)230傳遞并最后穿過靜電卡盤104的外部氣體進(jìn)口 140。另外參照圖3A和3B，提供擋板盤244以防止在處理期間陰極100和配 置在靜電卡盤104之上的帶電襯底的接地的表面的視力曝光(sight exposure)的 直線。由不導(dǎo)電材料例如陶瓷材料制造的擋板盤244防止在陰極100內(nèi)放電(例 如電弧)。在一個(gè)實(shí)施方式中，擋板盤244用氧化鋁(A1203)制成。
在圖3A描述的實(shí)施方式中，示出了除去靜電卡盤104的擋板盤244和氣 體分布環(huán)230。用陰影顯示外部氣體進(jìn)口 140的位置。圖3B描述除去擋板盤 244的氣體分布環(huán)230以便示出配置在臺階鏜孔240的下部區(qū)域中的緊固件 234的壓頭。隨著在圖3B中除去擋板盤244，可以看見穿過氣體分布環(huán)230 形成的氣體進(jìn)口孔252。如圖4所示，氣體進(jìn)口孔252使臺階埋頭孔240與具 有穿過冷卻基座102形成的通道402的氣體源(未示出)連接。
還有圖2和4所示，支撐環(huán)110保持在形成在氣體分布環(huán)230的周邊上的 壁架224上。作為選擇，支撐環(huán)110可以位于形成在靜電卡盤104或冷卻基座 102的至少一個(gè)中的溝槽中。
圖5描述擋板盤244的一個(gè)實(shí)施方式。在圖5描述的實(shí)施例中，擋板盤 244的上下表面各自包含形成在其中的橫向溝道502,504以增強(qiáng)圍繞擋板盤 244的氣流。擋板盤244還包含形成在板244的周圍中的切口 506以進(jìn)一步 增強(qiáng)從擋板盤244的底表面至頂表面的流動。
圖6是說明用于內(nèi)部氣體進(jìn)口 142下面的擋板盤244的陰極100的另一個(gè) 局部剖視圖。擋板盤244保持在臺階鏜孔602中，還使用臺階鏜孔602保持擋 板密封件242。擋板密封件242提供圍繞內(nèi)部氣體進(jìn)口 142的密封件。作為選 擇，在這里描述的一個(gè)或多個(gè)密封件可以用E-密封件702替換，如圖7所示。 E-密封件702由軟金屬制造，并且配置為以當(dāng)其壓縮在冷卻基座102和靜電卡 盤104之間時(shí)提供高溫密封。在一個(gè)實(shí)施方式中，E-密封件702由Ni電鍍的 INCONEL 718材料制造。在提供區(qū)域真空密封的同時(shí)E -密封件702容許部 件由于在加熱和冷卻期間的熱膨脹或收縮引起的相對運(yùn)動。
回到圖6，臺階鏜孔602的下部區(qū)域連接至用于通過內(nèi)部氣體進(jìn)口 142將 溝槽網(wǎng)絡(luò)134連接至氣體源(未示出)的氣體通道604。如圖6所示，氣體通道 604和內(nèi)部氣體進(jìn)口 142偏置以防止如以上討論的瞄準(zhǔn)線校直(alignment)。 另外，擋板盤244還阻礙進(jìn)口 142和通道604之間的校直以在對從通道604 穿過進(jìn)口 142的氣體流動不產(chǎn)生不利影響的情況下提供保護(hù)的額外測量。圖8描述陰極800的另一個(gè)實(shí)施方式。陰極800基本上類似于陰極100 并包含配置在冷卻基座102的凹槽804中的分流板802。在分流板802的每一 側(cè)面上提供顯示為E -密封件702的環(huán)狀密封件以使分流板802與由于陰極800 內(nèi)不慎氣體泄漏引起的氣體壓力變化。作為選擇，E-密封件702容許間隙118 的一部分，例如包含分流板802的區(qū)域，有選擇地充滿熱傳輸氣體例如氦氣以 幫助調(diào)節(jié)冷卻基座102和靜電卡盤104之間的熱傳輸。
在一個(gè)實(shí)施方式中，在靜電卡盤104的底部與冷卻基座102的頂端之間的 間隙118配置為能夠容納薄的(例如，大約0.020至0.060英寸)分流板802。分 流板802由具有高熱導(dǎo)率和高電阻率的堅(jiān)固材料(例如，鋁的氮化物、鋁的氧 化物等等)制成。分流板802通過"傳播"由靜電卡盤104或基座102中的局部 特征例如后部的He孔或升降銷孔所引起的、以及由配置在卡盤中的加熱器 122、關(guān)于冷卻劑通道圖案的缺陷、和溝道中冷卻劑溫度變化引起的任何熱量 的非均勻性來使從靜電卡盤104到冷卻基座102的熱流更均一。在由于間隙 中的充填氣體的放電引起的在卡盤和冷卻基座之間的間隙中的點(diǎn)火輔助等離 子體不受威脅的情況下，分流板802還容許在靜電卡盤104和冷卻基座102 之間更大的距離。在2003年5月16日申請的美國專利申請系列號 No.10/440,365中描述了受益于本發(fā)明的分流板的一個(gè)實(shí)例。等離子體蝕刻處 理腔室的內(nèi)表面，例如美國專利申請系列號No.10/440,365和10/960,874中描 述的，可以由含有氧化釔的材料制造，和/或涂覆有含有氧化釔的材料。這種 含有氧化釔的表面的實(shí)例包含遮板、處理套件、壁襯(wall liner)、腔室壁、 噴射頭和氣體輸送噴管等。
在等離子體蝕刻反應(yīng)器運(yùn)轉(zhuǎn)中，通過間隙118和間隙112將嵌入靜電卡盤 104的加熱器122產(chǎn)生的熱量和通過卡盤104從等離子體獲得的熱量排斥至冷 卻基座102。在至少一個(gè)實(shí)施方式中，基座102和卡盤104不接觸，并且連接 至卡盤104的樞軸106僅僅接近緊鄰密封件116的基座102，以便卡盤和樞軸 部件基本上不接觸基座。為了保持靜電卡盤104的表面在比冷卻基座102高很 多的溫度，在一個(gè)實(shí)施方式中充滿氦氣的間隙118減少至冷卻基座102的熱通 量。在一些實(shí)施方式中，使用分流板802減少由于加熱器122的非最佳化熱源 功率分布導(dǎo)致的溫度不均勻性和/或由于冷卻基座102的不均勻冷卻導(dǎo)致的溫 度不均勻性。樞軸106用來保持靜電卡盤104的終端在大氣壓力之下，以免在終端之間以及在端子和其他部件之間產(chǎn)生電弧。樞軸106足夠長以容許O形圈
116放置在足夠遠(yuǎn)的位置，以容許從樞軸106散發(fā)的熱量以適合于防止破壞樞 軸106或卡盤104的速率釋放，同時(shí)將樞軸106底部的溫度降低到o形圈116 的材料的熔點(diǎn)之下。
因而，本發(fā)明提供一種適用于高溫等離子體蝕刻的陰極的實(shí)施方式。陰極 容許陶瓷靜電卡盤在高達(dá)450攝氏度的溫度下運(yùn)行，同時(shí)冷卻基座維持在大約 20至大約80攝氏度的范圍內(nèi)，從而防止由于熱應(yīng)力或暴露于高溫下引起的陰 極部件的損傷。
同時(shí)，上述內(nèi)容涉及本發(fā)明的的實(shí)施方式，在不脫離其基本范圍的情況下 可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他的和另外的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利 要求書確定。
權(quán)利要求
1、一種等離子體處理陰極，包括基座，具有形成在其中的冷卻導(dǎo)管；陶瓷靜電卡盤，固定于基座；以及剛性支撐環(huán)，配置在靜電卡盤和基座之間，該支撐環(huán)使靜電卡盤和基座保持間隔分離的關(guān)系。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其特征在于，還包括配置在基座和卡盤 之間的氣體分布環(huán)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的陰極，其特征在于，還包括 穿過基座形成的氣體通道；以及穿過靜電卡盤形成的氣體進(jìn)口，其中通道和進(jìn)口不對準(zhǔn)但通過氣體分布環(huán) 流動地連接以限定氣體輸送通路，其中氣體輸送通路貫穿氣體分布環(huán)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的陰極，其特征在于，還包括 陶瓷擋板盤，配置在氣體輸送通路中。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的陰極，其特征在于，氣體分布環(huán)還包括-鏜孔，具有配置在其中的擋板盤。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的陰極，其特征在于，還包括 穿過基座形成的氣體通道；穿過靜電卡盤形成的氣體進(jìn)口，其中通道和進(jìn)口不對準(zhǔn)但通過氣體分布環(huán) 流動地連接以限定氣體輸送通路；以及配置在氣體輸送通路中的陶瓷擋板盤。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其特征在于，還包括 平的環(huán)形分流板，配置在限定在靜電卡盤和基座之間的間隙中。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的陰極，其特征在于，環(huán)形分流板與基座接觸并 與靜電卡盤間隔地遠(yuǎn)離。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其特征在于，還包括鎖緊圈，用于靜電卡盤固定于基座，該鎖緊圈具有至少兩個(gè)串聯(lián)配置在鎖 緊圈接觸靜電卡盤的部分和鎖緊圈接觸基座的部分之間的熱量扼流。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的陰極，其特征在于，還包括樞軸，連接至靜電卡盤并貫穿基座；穿過樞軸配置的套管，其中限定在樞軸和基座之間的第一間隙大于限定在 樞軸和套管之間的第二間隙；以及配置在樞軸的下端和基座之間的密封件，該密封件密封第一間隙。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的陰極，其特征在于，基座還包括溝道，連接與靜電卡盤連接的樞軸并貫穿基座，該溝道穿過基座為第一間 隙提供排放口。
12、 一種等離子體處理陰極，包括 基座，具有形成在其中的冷卻導(dǎo)管；陶瓷靜電卡盤，配置在基座上，靜電卡盤具有多個(gè)從面對基座的靜電卡盤 的底表面延伸到靜電卡盤的頂表面的氣體進(jìn)口；剛性支撐環(huán)，配置在靜電卡盤和基座之間，該支撐環(huán)使靜電卡盤的底部和 基座保持間隔分離的關(guān)系；流體分布環(huán)，配置在基座和靜電卡盤之間，流體分布環(huán)的底部與基座間隔 開以限定環(huán)形溝道，流體分布環(huán)具有多個(gè)配置為弓I導(dǎo)氣體從溝道穿過流體分布 環(huán)至靜電卡盤的氣體通道；以及多個(gè)陶瓷擋板，配置在氣體通道中。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的陰極，其特下在于，多個(gè)陶瓷擋板的至少一 個(gè)還包括類盤狀主體，具有上下表面；以及 橫向溝道，形成在上下表面中。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的陰極，其特征在于，多個(gè)陶瓷擋板的至少一 個(gè)還包括類盤狀主體，具有周界；以及 切口，形成在周界中。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的陰極，其特征在于，還包括 環(huán)形分流板，配置在限定在靜電卡盤和基座之間的間隙中，其中環(huán)形分流板與基座接觸并間隔遠(yuǎn)離靜電卡盤。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的陰極，其特征在于，還包括 樞軸，連接至靜電卡盤并貫穿基座；穿過樞軸配置的套管，其中限定在樞軸和基座之間的第一間隙大于限定在 樞軸和套管之間的第二間隙；以及密封件，配置在樞軸的下端和基座之間，該密封件密封第一間隙。
17、 --種等離子體處理陰極，包括 基座，具有形成在其中的冷卻導(dǎo)管；陶瓷靜電卡盤，固定至基座的頂表面-，剛性支撐環(huán)，配置在靜電卡盤和基座之間，該支撐環(huán)保持靜電卡盤的底表面間隔地遠(yuǎn)離基座的頂表面；平的環(huán)形分流板，在限定在靜電卡盤的底表面和基座的頂表面之間的間隙 中向支撐環(huán)的內(nèi)側(cè)放射狀地配置；以及密封件，向分流板的外側(cè)在靜電卡盤和基座之間提供密封，該密封件允許 靜電卡盤相對于板放射式運(yùn)動。
18、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陰極，其特征在于，還包括 穿過基座形成的氣體通道；穿過靜電卡盤形成的氣體進(jìn)口，其中通道和進(jìn)口不對準(zhǔn)但通過氣體分布環(huán) 流動地連接以限定氣體輸送通路；以及 配置在氣體輸送通路中的陶瓷擋板盤。
19、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陰極，其特征在于，還包括樞軸，連接至靜電卡盤并貫穿基座中的圓柱，圓柱的內(nèi)徑配置為保持樞軸 和基座之間的第一間隙；穿過樞軸配置的套管，其中第一間隙大于限定在樞軸和套管之間的第二間 隙；以及密封件，配置在樞軸的下端和基座之間，該密封件密封第一間隙。
20、 根據(jù)權(quán)利要求17所述的陰極，其特征在于，還包括 流體分布環(huán)，配置在基座和靜電卡盤之間，流體分布環(huán)的底部與基座間隔開以限定環(huán)形通道，該流體分布環(huán)包括形成在面向靜電卡盤的頂表面上的臺階鏜孔，該鏜孔在其中接收擋板； 氣體通道，具有闖入臺階鏜孔的第一端和穿透流體分布環(huán)的底部的第二端，并且暴露于環(huán)形通道。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于等離子體蝕刻的高溫陰極，通常是適用于在高溫等離子體蝕刻中應(yīng)用的陰極。在一個(gè)實(shí)施方式中，陰極包含固定至基座的陶瓷靜電卡盤。該基座具有形成在其中的冷卻導(dǎo)管。在卡盤和基座之間配置有剛性支撐環(huán)，從而使卡盤和基座保持間隔分離的關(guān)系。
文檔編號H01L21/3065GK101419907SQ20081012656
公開日2009年4月29日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者丹尼斯·M·庫索, 亞歷山大·馬特尤什金, 博伊斯·S·耶德勒, 格倫·E·埃格米 申請人:應(yīng)用材料股份有限公司